(Créditos da imagem: Freepik Premium/Ciencianautas/Felipe Miranda).

Em 2012, um tipo peculiar de forma da matéria, foi proposto pelo físico Frank Wilczek, em um artigo publicado no periódico Physical Review Letters, e também disponível como preprint, no Arxiv. Os cristais quânticos do tempo, ou apenas cristais do tempo, são uma forma realmente peculiar de matéria.

“Aqui nós estamos considerando a possibilidade de cristais do tempo, análogo a cristais ordinários no espaço. Eles representam a emergência [do sentido de emergir] espontânea de um relógio dentro de um sistema diânico invariante ao tempo”, explica o pesquisador no artigo. 

Se você não entendeu nada, aqui vai: o tempo é uma dimensão. Não enxergávamos assim até a Teoria da Relatividade de Einstein, e essa nova interpretação é libertadora para a ciência. Nós vivemos em três dimensões espaciais e uma temporal. Os cristais do tempo, entretanto, possuem uma relação um pouco diferente com a dimensão temporal – eles possuem um pé a mais por ali, e esse comportamento é bastante bizarro.

Enquanto um cristal comum é composto por padrões que se repetem através do espaço, em um cristal do tempo, esses padrões também se repetem através do tempo. É realmente complicado de se abstrair, já que nós não “andamos livremente” pelo tempo. Esse choque dimensional é bastante limitador. No vídeo abaixo, Carl Sagan explica a quarta dimensão espacial. Mesmo não sendo uma explicação de uma dimensão temporal, pode ser útil para você entender a dificuldade de se abstrair esse tipo de ideia. 

Pois bem, como ele bem diz ali, é possível ver as projeções dessas dimensões em nosso mundo. Em 2017, apenas 5 anos depois da teorização, um grupo de pesquisadores conseguiu observar os cristais do tempo pela primeira vez. Esses cristais são criados, com matéria comum – geralmente com íons (átomos com mais ou menos elétrons) de um elemento chamado itérbio. 

Agora, na última segunda-feira (17), em um artigo publicado na revista Nature Materials, um grupo de pesquisadores liderados por Dr Samuli Autti, da Universidade de Lancaster, no Reino Unido, descreveu as inéditas observações experimentais da interação entre dois cristais do tempo. 

O experimento

Para que isso fosse possível, os pesquisadores precisavam que esses cristais chegassem o mais próximo possível de seu estado fundamental, que é o estado de menor energia. Como calor é energia, eles adicionaram os cristais em um superfluido de Hélio-3, um isótopo extremamente raro do Hélio com um nêutron a menos em seu núcleo.

Um superfluido é, por sua vez, algo como um líquido, mas em uma forma tão estranha, que é diferente de tudo o que já vimos. Para chegar nesse estado, o Hélio-3 é resfriado a quase a menor temperatura possível, chamada de zero absoluto. Esse zero absoluto é o 0 Kelvin, que representa uma incrível temperatura de -273,15° Celsius. 

Nessa sopa de hélio, quando os dois cristais interagissem, eles liberariam uma quasipartícula (um fenômeno que, em um primeiro momento, por uma ilusão, parece se tratar de uma partícula) chamada de magnon. É através disso que os cientistas sabem que a interação ocorreu, e a observam. 

Quando esse magnon é liberado, ele faz com que as oscilações dos cristais mudem. Lá em cima, no início deste texto, em uma frase do Wilczek que destaquei, ele diz algo sobre um relógio, certo? Pois bem, esses cristais fazem algumas oscilações, chamadas informalmente de tic tac – ou essa é, pelo menos, uma projeção do comportamento deles em nosso mundo.

É esse tic tac que muda quando o magnon é liberado, em um paralelo bastante generalista, da mesma forma como mudamos as coisas em nossas dimensões. Os cientistas conseguiram, basicamente, criar uma pequena mudança nessa dimensão temporal na qual os cristais quânticos do tempo estão. 

Os cientistas propõem, ao final, novos experimentos, mais aprofundados, em relação ao fenômeno. Eles sugerem uma tentativa de implantação disto em temperatura ambiente, já que é trabalhoso e energeticamente  custoso chegar em temperaturas muito baixas. Ademais, eles sugerem que, com base no spin, eles podem ser utilizados como qubits. Já expliquei, aqui no Ciencianautas, sobre spins, qubits e suas aplicações (como na computação quântica), em um artigo disponível neste link, caso queira entender um pouco melhor. 

Referências:

  1. AUTTI, S et al. “AC Josephson effect between two superfluid time crystals”; Nature Materials (2020). Acesso em: 19 ago, 2020.
  2. WILCZEK, Frank. “Quantum time crystals”; Physical Review Letters 109, 160401 (2012). Acesso em: 19 ago. 2020.